TUNEL BANCAREVO SRBSKO BANCAREVO TUNNEL SERBIA

tunel_4_14:tunel_3_06

29.11.2014

10:04

Stránka 11

23. ročník - č. 4/2014

TUNEL BANCAREVO – SRBSKO BANCAREVO TUNNEL – SERBIA JOSEF BAČA, OTA JANDEJSEK, MIROSLAV RYPÁČEK, TOMÁŠ NĚMEČEK

ABSTRAKT Zahraniční zakázka, kterou v současné době realizuje společnost Subterra a. s. v Srbsku, je dobrou příležitostí ke srovnání zkušeností a praxe získané při realizaci tunelových staveb podobného charakteru v České republice, se kterými má firma Subterra bohatou zkušenost. Následující text popisuje srbský projekt výstavby tunelu Bancarevo včetně nastínění přístupu místních Inženýrů (pozn. pojem Inženýr je podle terminologie smlouvy používán pro technický dozor projektu, a proto je takto používán i v textu) a projektantů. V jednotlivých kapitolách jsou popsány obecné informace o významu stavby, technických parametrech stavby, některých použitých technologiích, některých vzniklých komplikacích a o aktuálním vývoji projektu. ABSTRACT The foreign contract Subterra a. s. is currently working on in Serbia is a good opportunity for comparing the experience and practice gained during the realisation of tunnel structures of a similar character in the Czech Republic, which Subterra a. s. has wealth of experience with. The following text describes the Serbian project for the development of the Bancarevo tunnel, including outlining the approach of local engineers (note: the term “Engineer” is used in the contract for technical supervision and is for that reason used for Engineer’s team also in this paper). Individual chapters contain the description of general information about the project importance, technical parameters of the construction, some technologies used, some complications encountered and the current development. 1 ÚVOD

1 INTRODUCTION

Srbsko je svou polohou důležité pro země střední a západní Evropy zejména jako tranzitní země, skrze kterou povede jeden z hlavních panevropských dálničních koridorů, Koridor X, jehož účelem bude spojit Evropu s rychle se rozvíjejícím Tureckem a také dokončit napojení řecké dálniční sítě. Značné zdroje na výstavbu tohoto koridoru jsou proto poskytovány z evropských institucí, jako jsou Evropská banka pro rekonstrukci a rozvoj (EBRD) či Evropská investiční banka (EIB). Dálniční síť Srbska, respektive Koridor X na srbském území, je funkční od hranic s Maďarskem až po město Niš na jihu země. Srbsko momentálně intenzivně pracuje na dokončení úseku mezi městem Leskovac, jež se nachází jižně od města Niš, a hraničním přechodem s Makedonií a dále na úseku mezi městem Niš a hraničním přechodem s Bulharskem. Součástí právě této větve, Niš – hraniční přechod Dimitrovgrad, je stavba tunelu Bancarevo, která se nachází v hornaté oblasti 20 km na východ od města Niš (obr. 1).

Serbia’s location is important for Central and West European states, mainly as a transit country which Corridor X, one of the main pan-European motorway axes the purpose of which will be to connect Europe with rapidly developing Turkey and to finish the connection of the Greek network, will pass across. Significant sources required for the development of this corridor are therefore provided from European institutions, such as the European Bank for Reconstruction and Development (the EBRD) or the European Investment Bank (the EIB). The Serbian motorway network, or the Corridor X on Serbian territory, is functional from the border with Hungary up to the town of Niš in the south of the country. Serbia is at the moment working on the completion of the section between the town of Leskovac, which is located south of Niš, and the border crossing to the Former Yugoslav Republic of Macedonia and further the section between Niš and the border crossing to Bulgaria. Part of this particular branch, the

Obr. 1 Lokalita stavby (www.maps.google.com) Fig. 1 Construction location (www.maps.google.com)

11


29.11.2014

10:04

Stránka 12

23. ročník - č. 4/2014 Niš – Dimitrovgrad border crossing, is the Bancarevo tunnel project. The tunnel construction site is located in a mountainous region, 20km east of the town of Niš (see Fig. 1). The construction of the tunnel is coordinated by Koridori Srbije d. o. o. state organisation through a consortium of companies providing supervision over the works (the Engineer). In the case of the Bancarevo tunnel it is Eptisa, a Spanish company, which fulfils the role of the Engineer on the majority of the motorway sections. 2 TECHNICAL DESCRIPTION OF THE CONSTRUCTION Obr. 2 Pohled na nestabilní levý svah západního portálu Fig. 2 View of the instable left-hand slope at the western portal

Výstavbu tunelu koordinuje státní organizace Koridori Srbije d.o.o. prostřednictvím sdružení firem, které zajišťují dozorování výstavby (tzv. Inženýr). V případě tunelu Bancarevo se jedná o španělskou firmu Eptisa, která provádí technický dozor na většině úseků dálnice. 2 TECHNICKÝ POPIS STAVBY

Tunelová stavba je složena ze dvou samostatných tunelových trub, každá pro příslušný jízdní směr, ražených podle zásad NRTM. Levá trouba měří 685 m, pravá pak 705 m. Součástí tunelů jsou značně rozsáhlé hloubené portálové úseky, patřící mezi největší, které firma Subterra a. s. realizovala co do objemu zemních prací (vyhloubeno okolo 260 000 m3). Hloubená část východního portálu je dlouhá 89 m, na západním portále pak nově 40 m. Projektant přistoupil k prodloužení západního hloubeného tunelu o 20 m, aby tak vyřešil problémy se stabilitou svahu západního portálu (obr. 2). Levá tunelová trouba je vedena v přímé trase, zatímco pravá v oblouku tak, aby mezi tubusy vznikl

Obr. 3 Skokové rozšíření propojovacího tunelu Fig. 3 Rapid enlargement of the cross passage cross-section

12

The tunnel structure consists of two separate tunnel tubes, each one for the respective direction of traffic, which are driven in accordance with the NATM principles. The lefthand tunnel tube and right-hand tunnel tube are 685m and 705m long, respectively. Extensive cut-and-cover portal sections are parts of the tunnels. They belong among the largest Subterra a. s. has ever realised as far as the volume of earthmoving is concerned (about 260,000 m3). The cut-andcover part of the eastern portal is 89m long; its length at the western portal is newly 40m. The designer decided to extend the length of the western tunnel tube by 20m to solve problems with the stability of the slope at the western portal (see Fig. 2). The left-hand tunnel tube route is straight, whilst the right-hand tunnel tube route is on a curve. In this way a 30–45m wide rock pillar originates between them. Seven fire protection niches and seven SOS niches are in each tunnel tube (five in the mined tunnel and two in the cut-and-cover tunnel). Both tunnel tubes are interconnected by three cross passages so that escaping to safety in emergency cases is possible. Cross passage No. 2 in addition contains a structure for the installation of a diesel generator providing power if necessary. This structure is not easy to realise. The cross passage cross-section is rapidly enlarged within a 17m long section from 4.8m to 13.8m (see Fig. 3).


1.12.2014

17:10

Stránka 13

23. ročník - č. 4/2014 30–45 m široký horninový pilíř. V každé tunelové troubě je navrženo sedm protipožárních a sedm SOS výklenků, z toho pět v raženém a dva v hloubeném tunelu. Pro možnost úniku do bezpečí v případě nouze jsou obě tunelové trouby v celé délce propojeny třemi propojkami. Propojka č. 2 navíc obsahuje realizačně nelehký objekt pro umístění diesel agregátu zajišťujícího dodávku energie v případě potřeby. Propojka se na úseku dlouhém 17 m skokově rozšiřuje ze 4,8 m na 13,8 m (obr. 3). Obě tunelové trouby jsou projektované pro dva jízdní pásy o celkové šířce 8,5 m. Na každém boku tunelu jsou pochozí chodníky o šířce 1,15 m. Minimální výška tunelu nad vozovkou činí 4,75 m, nad chodníky pak 2,25 m. Příčný sklon vozovky se pohybuje od 2,5 % do 4,5 %. Obě tunelové trouby klesají od západního portálu po východní ve sklonu pohybujícím se od 0,3 % do 3,8 %. 3 GEOLOGICKÉ POMĚRY

Zájmová oblast se nachází na jižních svazích pohoří zvaného Suva Planina. Suva Planina je rozsáhlým antiklinálním komplexem, který je dominantní morfologickou jednotkou celého jižního Srbska. Regionální horizontální pohyby vedly k nasunutí vápenců spodní křídy přes starší permské pískovce a prachovce s následnými četnými fázemi vrásnění vytvářejícími antiklinální tvar (obr. 4). Oblast výstavby tunelu je odvodňována toky Kunovacka a Crvena reka. Největší vliv na formování krajinného reliéfu má zejména tektonická a fyzikálně-chemická degradace horninového materiálu společně s erozními procesy. Vysoké rozdíly v mechanické odolnosti horninového masivu proti degradaci a denudaci vedou ke vzniku selektivní eroze, jejímž výsledkem je vytváření rozmanitých morfologických tvarů s velmi proměnlivými sklony svahů. Proces eroze a denudace je dominantní i přes velmi krátké vzdálenosti mezi nejvyššími body krajiny a erozními údolími. Kvůli těmto procesům je terén velmi členitý, s častým výskytem hlubokých roklí, zejména v místech tektonických poruch. Na obou portálových oblastech takovéto rokle dosahovaly hloubek v rozmezí 10 až 20 m a šířek větších než 15 m (obr. 5). Hlavní svahy roklí jsou dále tvarovány druhotnými erozními rýhami. Oblast západního portálu se nachází v nadmořské výšce cca 490 m n. m., sklony okolních svahů se zde pohybují kolem 25°.

Both tunnel tubes are designed for two traffic lanes, with the roadway width of 8.5m. Walkways 1.15m wide are on either side of the tunnel tube. The minimum tunnel height above the roadway and above the walkways is 4.75m and 2.25m, respectively. The roadway transverse gradient ranges from 2.5% to 4.5%. Both tunnel tubes descend from the western portal to the eastern portal on a gradient ranging from 0.3% to 3.8%. 3 GEOLOGICAL CONDITIONS

The area of operations is located on the southern slopes of the mountain range called Suva Planina. The Suva Planina is an extensive anticline complex, which forms a dominant morphological unit of the entire southern Serbia. Regional horizontal movements led to the thrusting of lowerCretaceous limestones over older Permian sandstones and siltstones, with subsequent numerous folding phases forming the anticline shape (see Fig. 4). The tunnel construction area is drained by the Kunovacka and Crvena Reka Rivers. The greatest influence on the formation of the landscape relief has, in the first place, the physical and chemical degradation of the rock material, together with erosion processes. High differences in the mechanical resistance of the rock mass against degradation and denudation lead to the origination of selective erosion the result of which is the development of various morphological shapes with very variable gradients of slopes. The erosion and denudation processes are dominant even despite very short distances between the highest points of the landscape and erosion valleys. Owing to these processes, the terrain is very dissected, with the frequent occurrence of deep ravines, first of all in the locations of tectonic failures. The depths of such the ravines reached 10 to 20m at both portals and their width exceeded 15m (see Fig. 5). The main slopes of the ravines are, in addition, shaped by secondary erosion gullies. The area of the western portal is located at the altitude of ca 490m a. s. l.; the gradients of the surrounding slopes fluctuate about 25°. The eastern portal is at the altitude of ca 460m a. s. l. and the gradients of surrounding slopes are about 16°. The area of the highest, 75m high, tunnel overburden is located in the central part of the tunnel, where the terrain is nearly flat, with the altitude ca 575m a. s. l.

Horský hřbet Suva planina / The Suva planina mountain range

Údolí Sičevo / The Sičevo Valley Tunel Bancarevo / Tunnel Bancarevo

Perm – pískovec a aleuron Permian period – sandstone and aleurone

Jura – vápenec / Jurassic period – limestone

Devon – pískovec a vápenec Devonian period – sandstone and limestone

Křída – vápenec / Cretaceous period – limestone

Obr. 4 Geologický profil celého pohoří Suva Planina s vyznačením umístění tunelu Bancarevo Fig. 4 Geological profile of the whole Suva Planina mountain range with the Bancarevo tunnel location marked in it

13


5.12.2014

19:59

Stránka 14

23. ročník - č. 4/2014

Obr. 5 Původní terén výjezdového portálu po odstranění vegetace (květen 2012) Fig. 5 The original terrain at the exit portal after the removal of vegetation (May 2012)

Východní portál je ve výšce cca 460 m n. m. se sklony přilehlých svahů okolo 16°. Oblast nejvyššího nadloží tunelu vysokého 75 m se nachází ve střední části tunelu, kde je terén téměř rovinatý s nadmořskou výškou cca 575 m n. m. Vrch, kterým tunel Bancarevo prochází, je tvořen výhradně prachovitými (písčitými) jílovci permského stáří, které jsou charakteristické svou červenou barvou. Během hloubení jámy východního portálu a ražby tunelu byly tyto jílovce dokumentovány jako silně degradované, s velmi hustou a všesměrnou sítí diskontinuit vyplněných jílovitým materiálem. Pokryvné útvary tvoří jílovitopísčitá deluvia s proměnlivým obsahem hrubozrnných částic. Mocnost těchto kvarterních pokryvů je také velmi proměnlivá od 2 do 10 m. V průběhu hloubení portálů a ražeb tunelů byly odhaleny výrazné odlišnosti reálně zastižené geologie od projektem předpokládané. Vrstva deluviálních, resp. deluviálně-fluviálních písčitých hlín dosáhla až dvojnásobné mocnosti oproti projektu. Prachovité (písčité) jílovce, které jsou dominantním geologickým typem, byly výrazně postižené jak erozní, tak zejména tektonickou činností. V hloubkových úrovních výkopu, kde projekt předpokládal skalní materiál, byl reálně těžen materiál na rozhraní zemin a poloskalního masivu.

Obr. 6 Ukázka vrtání SN kotev pomocí vysokozdvižných plošin Fig. 6 Demonstration of drilling for SN anchors using a lifting platform

14

The hill the Bancarevo tunnel passes under is formed solely by silty (sandy) claystones of the Permian age, which are characterised by their red colour. During the course of the excavation of the pit for the eastern portal and the tunnel excavation, these claystones were documented as heavily degraded, with very dense and omni-directional network of discontinuities filled with a clayey material. The cover is formed by clayey-sandy deluvia with a variable content of coarse-graded particles. The thickness of these Quaternary deposits is very variable, ranging from 2m to 10m. Significant differences between the actually encountered geology and the geology assumed by the design were discovered during the course of the excavation for portals and the tunnel. The layer of deluvial or deluvial-fluvial sandy loams was even twice as thick as that anticipated by the design. The silty (sandy) claystone, which is the dominant geological type, was significantly affected by both erosion and, first of all, tectonic action. The material bordering with soils and semi-rock mass was really excavated at the excavation depth levels where the design assumed hard rock. 4 ADDITIONAL MEASURES AND THEIR IMPACT ON WORKS SCHEDULE

Worsened engineering geological conditions resulted into the need for changing the slope stabilisation design, which originally took into account only the stabilisation of the portal face by means of 5m long SN anchors, Q139 mesh (4.2mm-dia rods spaced at 100x100mm) and a 10cm thick layer of shotcrete. The new design for the portals prescribed backfilling of the already excavated pit (32,000m3), the application of 5–10m long SN anchors at the total length of 32km, 70 ton of steel mesh, 1800m3 of MMB 30 shotcrete (note: the designation MMB-Marka Mlaznok Betona is used in Serbia for sprayed concrete and the number behind it is for cube strength); the volume increase amounts to 70,000m3. These amounts, including the difficult access and the necessity for installing 20% of anchors from lifting platforms, resulted into a delay of the construction by 9 months (see Fig. 6). The driving of the right-hand tunnel tube commenced in October 2012. The work was interrupted during the period of the stabilisation of the portal slopes according to the new design, i.e. from December 2012 to June 2013. Several shorter interruptions were necessary because of very unfavourable geological conditions in the locations of tectonic faults, which always caused the necessity for new solutions unexpected by the design. Nevertheless, the tunnel was successfully broken through in March 2014. The breakthrough ceremony was held even in the presence of the Serbian minister of transport and the Czech ambassador. It was proved after the completion of the underground excavation that the excavation had been completed in geological conditions differing from those assumed by the design. The geological structure of the massif was documented in detail and a longitudinal geological profile of the tunnel was developed on the basis of regular geological mapping of the headings (see Fig. 7). The difference between the real geology and design assumptions is obvious from Fig. 8. It presents in a simplified way the excavation support classes in the right-hand tunnel tube as they were determined in the design and as they were encountered in reality. The worsened conditions, which were more demanding in terms of the work execution, and the additional stabilisation elements ordered by the designer, resulted in the extension of the tunnel excavation time by 7 months.


29.11.2014

10:05

Stránka 15

23. ročník - č. 4/2014 4 DODATEČNÁ OPATŘENÍ A JEJICH DOPAD NA HARMONOGRAM PRACÍ

Kvůli zhoršeným inženýrskogeologickým poměrům vyplynula potřeba změnit projekt zajištění svahů, který původně uvažoval pouze s jištěním čela portálu pomoci SN kotev dlouhých 5 m, sítí Q139 (pruty ∅ 4,2 mm, rozteč 100x100 mm) a 10 cm vrstvou stříkaného betonu. Nový projekt portálů nařídil zpětné zásypy již vyhloubené jámy (32 000 m3), použití 32 km SN kotev délky 5–10 m, 70 tun ocelových sítí, 1800 m3 stříkaného betonu MMB 30 (pozn. označení MMB-Marka Mlaznog Betona je v Srbsku používané značení pro stříkaný beton, číslo za ním pak určuje krychelnou pevnost v tlaku) a navýšení objemu výkopů o 70 000 m3. Tyto rozsahy prací včetně obtížného přístupu a nutnosti instalace 20 % kotev z vysokozdvižných plošin měly za následek zpoždění výstavby o 9 měsíců (obr. 6). Ražba pravé tunelové trouby byla zahájena v říjnu 2012. V období zajišťování portálových svahů podle nového projektu, tj. od prosince 2012 do června 2013, byly práce přerušeny. Dále došlo ještě k několika kratším přerušením vlivem velmi nepříznivých geologických podmínek v místech tektonických zlomů, které vždy vyvolaly nová, projektem nepředpokládaná řešení. Nicméně tunel byl zdárně proražen v březnu 2014 a patřičně oslaven i za přítomnosti srbského ministra dopravy a české velvyslankyně. Po dokončení ražeb se prokázalo, že ražby proběhly v odlišných geologických podmínkách, než jaké projekt stavby předpokládal. Geologická stavba masivu byla podrobně zdokumentována a na základě pravidelného geologického mapování čeleb (obr. 7) byl vytvořen podélný geologický profil tunelu. Rozdíl mezi skutečnou geologií a předpokladem projektu je patrný z obr. 8, který zjednodušeně znázorňuje tunelové třídy v pravé tunelové troubě, tak jak je udával projekt a jak byly skutečně zastiženy. Zhoršené, na provádění náročnější geologické podmínky a projektantem nařízené dodatečné zajišťovací prvky způsobily prodloužení ražby tunelu o 7 měsíců.

Obr. 7 Ukázka čelby v pravé tunelové troubě (TM 190 478,8) Fig. 7 Demonstration of the excavation heading in the right-hand tunnel tube (TM 190 478.8)

5 TECHNOLOGY 5.1 Excavation and primary support of excavated opening

Six types of primary support were designed for the Bancarevo tunnel. The excavation support class 7/7a is designed for the passage across the anticipated tectonic weakness zones; it is the only class at which the tunnel profile is closed by an invert. Remaining support classes (6, 5, 4 and 3) are designed for the variable geological conditions both tunnel tubes were expected to pass through. The tunnel lining geometry is horseshoe shaped, which means semicircular top heading and flat bench for all tunnel types (see Fig. 9). The primary lining consists of basic elements typical for the NATM excavation, i.e. lattice girders (BTX), KARI mesh reinforced shotcrete (from 7.5 to 30cm) and SN anchors (Ø 20, Ø 28). The main parameters (dimensions, spacing, geometry, amount etc.) are variable for all above mentioned elements, depending on the particular excavation support class. The design did not consider any stabilisation of the face-advance core or stabilisation of the excavation

Obr. 8 Porovnání projektem plánovaných a skutečně realizovaných typů primárního ostění v pravé tunelové troubě Fig. 8 Comparison of the planned-by-design and actually realised types of the primary lining in the right-hand tunnel tube

15


29.11.2014

10:05

Stránka 16

23. ročník - č. 4/2014

1,92 0,40

Obr. 9 Tvar primárního ostění – TYP 5a s modifikací (tato třída zajištění výrubu byla použita na 60 % tunelu) Fig. 9 Primary lining geometry – TYP 5a with a modification (this excavation support class was applied to 60% of the tunnel)

5 TECHNOLOGIE 5.1 Ražba a primární zajištění výrubu

Pro tunel Bancarevo bylo vyprojektováno celkem 6 typů primárního ostění. Tunelová třída 7/7a je navržená pro průchod přes předpokládané tektonicky oslabené zóny a je jedinou, u které je celý profil tunelu uzavřen spodní klenbou. Zbylé tunelové třídy (6, 5, 4 a 3) jsou dimenzovány na proměnlivé geologické podmínky, kterými měly obě tunelové trouby procházet. Tvar ostění je podkovovitý, tedy půlkruhová kalota a rovné opěří, a to ve všech tunelových typech (obr. 9). Primární ostění sestává ze základních prvků typických pro ražby pomocí NRTM. Jedná se o příhradové ramenáty (BTX), stříkaný beton (od 7,5 do 30 cm) vyztužený KARI sítěmi a SN kotvy (∅ 20, ∅ 28). U všech výše zmíněných prvků jsou proměnné jejich hlavní parametry (rozměry, rozteč, geometrie, množství apod.) v závislosti na dané tunelové třídě. Projekt neuvažoval s žádným jištěním předpolí výrubu ani žádným zajištěním čelby. Krátce po zahájení ražeb se ukázalo, že bude nutné vzhledem k nepředpokládaným geologickým podmínkám přijmout dodatečná opatření ke zvýšení stability čelby a kaloty. Převážně byla používána jištění předpolí pomocí SN jehel dlouhých 4–9 m. V místech, kde toto řešení selhávalo, byly instalovány IBO kotvy o průměru 32–51 mm s délkou do 9 m. Dále se v úsecích se zhoršenou kvalitou horninového masivu čelba zajišťovala pomocí sklolaminátových kotev dlouhých 6–9 m v kombinaci se stříkaným betonem.

16

face. It turned out shortly after the commencement of the tunnel excavation that, with respect to unpredicted geological conditions, it would be necessary to adopt additional measures for increasing the stability of the excavation face and the top heading. SN spiles 4–9m long were used most frequently for the stabilisation of the front zone. IBO anchors with the diameter of 32–51mm and the depth up to 9m were installed in the locations where this solution failed. In addition, the headings in locations with worsened quality of the rock mass were secured by 6–9m long fibreglass anchors in combination with shotcrete. The excavation advance per round set by the design is variable, ranging from 0.75m to 5m. The actually performed maximum advance per round at the top heading was 1.25m. The excavation support class 3 was the only class which was designed for full-face excavation. Classes 4–6 are designed with the so-called horizontal excavation sequence consisting of top heading and bench. The excavation of the tunnel bottom is supplemented for class 7. The disintegration of rock depends on the quality of rock mass. Both the mechanical disintegration of rock using a heavy tunnel excavator and disintegration by blasting were taken into account. Nevertheless, it was never applied during the construction. The Type 5a, Type 5.1 (newly introduced) and Type 7 were the only types applied.


29.11.2014

10:05

Stránka 17

23. ročník - č. 4/2014

podélný posun longitudinal displacement

směr staničení trasy route chainage direction

vektor/čas – vector/time

sekce – section pravá trouba right tube profil 009

st. trasy – route chainage TM – TM

pohled: proti staničení trasy view: against the route chainage

29 200,5 m 555,1 m

0 mer – zero measurement 28.11.2012 n mer – nth -measurement 21.07.2014 tisk – print 24.08.2014

příčný: „+“ doprava cross-sectional: „+“ to the right side

podélný: „+“ po staničení trasy longitudinal „+“ in the direction of chainage

příčný posun – transverse displacement

poznámky – notes 2.5. aktualizace hlavních bodů / update of the main points postup ražby excavation advance

postup ražby – excavation advance

Graf 1 Typický průběh deformací Graf 1 Typical development of deformations

Délka záběru ražeb podle projektu je proměnlivá, a to od 0,75 m po 5 m. Skutečný provedený maximální záběr v kalotě tunelu byl 1,25 m. Jediná tunelová třída 3 byla projektována na ražbu v plném profilu. Třídy 4–6 jsou navrženy s horizontálním členěním na kalotu a opěří. U třídy 7 je doplněna ražba dna tunelu. Rozpojování hornin je odvislé od kvality horninového masivu. Počítalo se jak s mechanickým rozpojováním horniny těžkým tunelbagrem, tak i za pomoci trhacích prací, ke kterým se však během výstavby ani jednou nepřistoupilo. Jedinými uplatněnými typy byly Typ 5a, Typ 5.1 (nově zavedený) a Typ 7. 5.2 Hydroizolace

Pro tunel Bancarevo není navržena celoplášťová izolace, ale varianta „deštník“, kde je zaizolována pouze klenba a boky tunelu. Podzemní voda zachycená membránovou izolací je svedena do bočních drenáží a následně odváděna mimo tunel. Hydroizolační fólie byla původně navržena z materiálu LDPE (low-density polyethylene) tloušťky 1,5 mm. Po dohodě s hlavním projektantem tunelu bude použito PVC tloušťky 2 mm. Materiál PVC stejné tloušťky bude použit také v hloubených tunelech, přičemž bude chráněn vrstvou geotextilie a stříkaného betonu proti porušení při zpětném zasypávání hloubených tunelů. 5.3 Sekundární ostění

Sekundární ostění je konstrukce zajišťující stabilitní a tvarovou stálost tunelu po dobu jeho životnosti a také je na

5.2 Waterproofing

No closed waterproofing system is designed for the Bancarevo tunnel. Instead of it an “umbrella” variant is designed, where only the vault and sidewalls are provided with waterproofing. Groundwater collected on the waterproofing membrane is directed to side drains and subsequently is discharged outside the tunnel. The waterproofing membrane was originally designed to be from LDPE (low-density polyethylene) material 1.5mm thick. It was agreed by the main tunnel designer that a PVC membrane 2mm thick would be used instead of it. PVC material with the same thickness will also be used in cut-and-cover tunnels, where it will be protected by a layer of felt and shotcrete against damage suffered during the course of backfilling of the cut-and-cover tunnels. 5.4 Secondary lining

The secondary lining is a structure ensuring the structural and geometrical stability of the tunnel structure throughout its life; in addition, the majority of tunnel equipment is installed on it. The Bancarevo tunnel final lining is designed as a structure 30cm thick, with radii R1 = 5.5m and R2 = 5.8m, respectively. With respect to the significantly exceeded convergence limits, probably caused by the improper geometry of the primary tunnel lining, the designer introduced a new design for the final lining, which allows of local reducing the thickness to 20cm. Another consequence of the exceeded convergences is the necessity for substantial reprofiling of the primary lining. The approach of the tunnel designer, who, in his own words, designed the final lining as

17


29.11.2014

10:05

Stránka 18

23. ročník - č. 4/2014 něj instalována většina technické vybavenosti tunelu. Definitivní ostění tunelu Bancarevo je projektováno o tloušťce 30 cm a poloměrech R1 = 5,5 m, resp. R2 = 5,8 m. Vzhledem k značně překročeným konvergenčním limitům, pravděpodobně způsobených nevhodnou geometrií primárního ostění tunelu, představil projektant nový projekt definitivního ostění, který dovoluje lokálně redukovat tloušťku ostění na 20 cm. Dalším důsledkem překročených konvergencí je nutnost značné reprofilace primárního ostění. Zajímavý je rovněž přístup projektanta tunelu, který, podle jeho slov, projektoval definitivní ostění jako konstrukci sloužící pouze k upevnění technologií v tunelu. Stabilitu po celou dobu životnosti stavby tak podle něj zajišťuje primární ostění. Po obou stranách tunelu jsou navrženy obslužné chodníky, pod kterými jsou vedeny energetické rozvody. Veškeré kapaliny jsou z vozovky odváděny průběžnými podélnými kanály, které jsou umístěny u obrubníků vyvýšených chodníků, v nejnižším místě příčného sklonu komunikace. Kanály jsou prefabrikáty z polymerbetonu zakryté mříží. Každých 25 m jsou kapaliny zachycené kanály svedeny přes kontrolní a čistící šachty do hlavního odvodnění kontaminovaných vod.

podélný posun longitudinal displacement

směr staničení trasy route chainage direction

vektor/čas – vector/time

sekce – section levá trouba left tube profil 030

st. trasy – route chainage TM – TM

pohled: proti staničení trasy view: against the route chainage

a structure serving only to fixing tunnel equipment to it, is also interesting. In his opinion, the stability is provided by the primary lining throughout the structure life. Service walkways with power distribution channels under them are designed on either side of the tunnel. All liquids are evacuated through continual longitudinal ducts, which run along the kerbs of elevated walkways, at the lowest point of the transverse slope of the roadway. The ducts are polymerbased concrete pre-cast elements covered with grating. The liquids collected by the ducts are directed through inspection and cleaning manholes to the main drainage for contaminated water. 6 GEOTECHNICAL MONITORING 6.1 Convergence measurements of tunnel tubes

The convergence measurement of the primary lining was determined by the design documentation to be the main tool of geotechnical monitoring (GTM). It serves to the monitoring of geometrical changes in the primary lining on the basis of repeated measurements on stabilised points installed on the lining in vertical profiles perpendicular to the tunnel axis. The development of a change in the spatial position of a monitored point serves to the interpretation of the deve-

28 893,0 m 0 mer – zero measurement 07.03.2014 n mer – nth -measurement 14.08.2014 218,0 m tisk – print 24.08.2014

příčný: „+“ doprava cross-sectional: „+“ to the right side

příčný posun – transverse displacement

poznámky – notes 01.05. * 08.05. 04 + 03.07. 01 * 17.07. 01 * 17.07. 01 * * aktualizace hlavních bodů update of the main points + zasypáno covered postup ražby excavation advance

postup ražby – excavation advance

Graf 2 Charakteristický vývoj deformací profilů s realizovanou spodní klenbou Graf 2 Characteristic development of deformations of profiles with the invert installed in them

18

podélný: „+“ po staničení trasy longitudinal „+“ in the direction of chainage


29.11.2014

10:05

Stránka 19

23. ročník - č. 4/2014 6 GEOTECHNICKÝ MONITORING

MĚŘENÍ PŘESNÉ INKLONOMETRIE PRECISE INCLINOMETER MEASUREMENT

6.1 Konvergenční měření tunelových trub

Vrt / Borehole: BI-05

vektorové řešení – vector-based solution lokalita: tunel Bancarevo locality: Bancarevo tunnel

hloubka depth [m]

Hlavním nástrojem geotechnického monitoringu (GTM) bylo projektovou dokumentací kumulovaný horizontální posun accumulated horizontal displacement [mm] určeno konvergenční měření primárního ostění, které slouží ke sledování tvarových změn primárního ostění tunelu, na základě opakovaného měření stabilizovaných bodů osazených do ostění ve svislých profilech kolmých na osu tunelu. Vývoj prostorové změny sledovaného bodu slouží k interpretaci vývoje deformace. Naměřené hodnoty by měly být porovnávány s výsledky, které předpokládá statický výpočet zpracovaný projektantem stavby. Pro ražby tunelu Bancarevo byly navrženy pětibodové konvergenční profily. Tři body byly umístěny v kalotě, dva v úrovni opěří tunelu. V tunelových propojkách pak byly osazeny tříbodové měřičské profily. Vzdálenost měřičských profilů byla navržena v závislosti na technologických třídách výrubu. Ve skutečnosti byly v důsledku nepříznivých geologických podmínek konvergenční profily osazovány po celé délce obou tunelových trub v rozteči 10–15 m. V místech s velmi nepříznivou geologií po 5 metrech. číslo datum číslo datum číslo datum číslo datum číslo datum číslo datum number date number date number date number date number date number date Charakteristický průběh deformací je zobrazen v grafu 1. Téměř u všech konvergenčních referenční hloubka – reference depth 39,0 [m] profilů byly sledovány dlouhodobé trendy uklidnění defor- Graf 3 Grafické znázornění měření přesné inklinometrie BI-5 Graf 3 Graphic representation of precise inclinometry BI-5 measurements mací. Hlavní faktory, které tento nepříznivý stav zapříčinilopment of deformation. The measured values should be ly, lze hledat v nepříznivých IG podmínkách a nevhodné volbě compared with the results which are assumed by the structugeometrie výrubu spolu s nechutí Investora/Inženýra tento stav ral analysis carried out by the construction designer. změnit. Five-point convergence profiles were designed for the V několika úsecích s velmi nepříznivou geologií (tektonické Bancarevo tunnel excavation. Three points were installed in poruchy), kde konvergenční měření kaloty vykazovaly mimothe top heading, two at the tunnel bench level. Three-point řádně rychlé nárůsty deformací (převážně sedání), Inženýr measurement profiles were installed in cross passages. stavby přistoupil k realizaci protiklenby. Charakteristické průThe spacing of the measurement profiles was designed běhy deformací profilu s realizovanou protiklenbou jsou znádepending on the excavation support classes. In reality, they zorněny v grafu 2. Z obou grafů je zřejmé, že realizovaná prowere installed throughout the length of both tunnel tubes at tiklenba vedla k okamžitému zastavení deformací. Bohužel tato 10–15m spacing, which resulted from the unfavourable geoskutečnost nepřiměla Inženýra stavby protiklenbu používat logical conditions. In places with highly unfavourable geočastěji zejména v portálových oblastech. logy the profiles were spaced at 5m.

19


29.11.2014

10:05

Stránka 20

23. ročník - č. 4/2014

MĚŘENÍ PŘESNÉ INKLONOMETRIE PRECISE INCLINOMETER MEASUREMENT

hloubka depth [m]

Vrt / Borehole: BI-06

vektorové řešení – vector-based solution lokalita: tunel Bancarevo locality: Bancarevo tunnel kumulovaný horizontální posun accumulated horizontal displacement [mm]

The characteristic development of deformations is presented in the Graph 1. Long-term trends toward stabilisation were observed on nearly all profiles. The main factors which caused this development can be sought in the unfavourable EG conditions and the improper selection of the excavated opening geo metry, together with Engineer’s distaste for changing the state. The Engineer set about the realisation of the invert in several sections with very unfavourable geology (tectonic failures), where convergence measurements of the top heading displayed exceptionally rapid growths of deformations (mostly settlement). The characteristic profile deformation curves with the invert realised are presented in the Graph 2. It is obvious from the graphs that the realised invert led to immediate stopping of deformations. Unfortunately, this fact did not force the Engineer to use the invert more frequently, in the first place in the portal areas. 6.2 Monitoring of portal pits

číslo datum číslo datum číslo datum číslo datum číslo datum číslo datum number date number date number date number date number date number date

referenční hloubka – reference depth 39,0 [m] Graf 4 Grafické znázornění měření přesné inklinometrie BI-6 Graf 4 Graphic representation of precise inclinometry BI-6 measurements

6.2 Monitoring portálových jam

Původní projektová dokumentace neobsahovala požadavek na realizaci geotechnického monitoringu hloubených portálových jam. Z důvodů zásadních rozdílů mezi IG stavbou horninového masivu popisovanou v PD a zastiženou realitou, které vyvolaly realizaci nového projekčního řešení zajištění svahů zejména u východního portálu, vzešel i požadavek na rozšíření GTM. Na východním portálu bylo celkem naistalováno 87 geodetických bodů seskupených do 12 měřicích profilů. Na západním portálu 25 geodetických bodů tvořilo 8 měřicích profilů. Hlavní deformace portálů byly registrovány v průběhu hloubení a během průchodů jednotlivých výrubů tunelových rour. Po odeznění vlivu těchto prací byly měřeny pozvolné, plou-

20

The original design documentation did not contain the requirement for the realisation of geotechnical monitoring of portal pits for cut-and-cover tunnels. The requirement for the extension of the GTM came up for the reasons of fundamental differences between the EG structure of the rock mass described in the design and the structure encountered in reality, which brought about the realisation of the new design solution to the stabilisation of slopes, first of all at the eastern portal. The total of 87 survey points were installed at the eastern portal. They were grouped into 12 measurement profiles. At the western portal, 25 survey points made up 8 measurement profiles. The main deformations of the portals were registered during the pit excavation and during the passage of individual tunnel tubes. After the influence of these operations faded away, only gradual, slowly developing deformations were measured, which visibly accelerated in the periods rich in rains. The decision to monitor the eastern portal by means of precise inclinometry was adopted concurrently with the requirement for the realisation of the geodetic survey monitoring of portal pits.


29.11.2014

10:05

Stránka 21

23. ročník - č. 4/2014 živé deformace, které byly viditelně akcelerovány ve srážkově bohatých obdobích. Spolu s požadavkem na realizaci geodetického sledování portálových jam bylo přijato rozhodnutí východní portál sledovat pomocí přesné inklinometrie. Po obvodu stavební jámy východního portálu bylo celkem instalováno 6 ks vertikálních inklinometrů, 2 inklinometry byly zhotoveny v čele portálu, po dvou pak na každém z bočních svahů. Nejvyšší deformační aktivity byly sledovány u inklinometrů (BI-5 a BI-6) instalovaných za levým svahem (po směru staničení), 40 m hluboký inklinometr BI-5 vykazoval pozvolný, avšak dlouhodobě plynulý náklon osy vrtu směrem do stavební jámy s dosaženým maximem k 6/2014 60 mm (graf 3). Na inklinometru BI-6 byl naopak sledován projev deformace po smykové ploše s dosaženým maximem k 06/2014 cca 40 mm (graf 4). Všechna naměřená data získaná výkonem GTM byla ukládána do informačního databázového systému BARAB, k němuž měli přístup všichni zástupci jednotlivých účastníků výstavby. 7 ZÁVĚR

Dovrchní ražba obou tunelových trub opakovaně zaznamenala velké časové skluzy oproti smluvnímu harmonogramu. Díky různým organizačním opatřením (změna pořadí ražeb, prodloužení protiražby, ražby na více čelbách zároveň) se podařilo zmírnit dopad mnohem nepříznivějších geologických podmínek než predikovaných v původním projektu stavby. Například před definitivním vyhloubením a zajištěním portálových jam již bylo vyraženo 300 m v kalotě a 220 m v opěří. Přesto poslední metr levé tunelové trouby byl vyražen 26. 7. 2014 a kompletní dokončení všech primárních ostění proběhlo 6. 8. 2014. V současné době (konec srpna 2014) jsou vybetonovány základy v celé pravé a v 80 % levé tunelové trouby, 8 ze 14 bloků hloubené části východního portálu a 6 bloků ražené části pravé tunelové trouby. Souběžně s betonážemi ražených částí probíhají v dostatečném předstihu reprofilace zdeformovaného primárního ostění, hydroizolace a armování sekundárního ostění. Zpětné zásypy jsou plánované na jaro 2015 souběžně s prováděním kabelovodů, kanalizace, požárního vodovodu, chodníků a vozovky. Termín dokončení je nyní plánován na podzim roku 2015. Firma Subterra využívá při výstavbě svých dlouholetých zkušeností s obdobnými tunely v České republice a v jiných tunelářsky vyspělých zemích. Při zastižení neočekávaných problémů poskytuje Investorovi/Inženýrovi vítané náměty k překonání situace a zároveň vykonává práce k plné spokojenosti Investora. Za kvalitu odvedeného díla je firma Subterra Investorem vysoce ceněna a jsou jí nabízeny další zakázky v regionu. Ing. JOSEF BAČA, [email protected], Ing. MIROSLAV RYPÁČEK, [email protected], Bc. TOMÁŠ NĚMEČEK, [email protected], Subterra a.s., Ing. OTA JANDEJSEK, [email protected] ARCADIS CZ a.s. Recenzovali: Ing. Vladimír Prajzler, Ing. Pavel Růžička

The total of 6 vertical inclinometers were installed around the circumference of the construction pit; 2 inclinometers were installed at the front end of the portal and 2 pieces were installed on each of the side slopes. The highest deformational activities were observed on inclinometers (BI-5 a BI-6) installed beyond the left-hand slope (viewed in the direction of chainage). The 40m deep inclinometer BI-5 displayed slow but continual in the long-term inclination of the borehole axis in the direction into the construction pit, with the maximum of 60mm registered as of 06/2014 (see Graph 3). On inclinometer BI-6, the manifestation of deformation along a shear plane was observed, with the maximum of ca 40mm registered as of 06/2014 (see Graph. 4). All measured data obtained by the realisation of the GTM was stored in the information database system BARAB, which was accessible for all representatives of individual parties to the project. 7 CONCLUSION

The uphill excavation of both tunnel tubes repeatedly experienced significant time delays in comparison with the contractual schedule. Owing to various organisational measures (a change in the excavation sequence, extension of the counterheading, excavation at more headings simultaneously), the impact of much more unfavourable geological conditions than predicted in the original project design was successfully mitigated. For example, the excavation of 300m and 220m of the top heading and bench, respectively, was completed in an advance, before the final excavation of the portal pits and their stabilisation. Despite this fact, the excavation of the last meter of the left-hand tunnel tube was finished on 26/07/2014 and all primary linings were completed on 06/08/2014. At the moment (the end of August 2014), the casting of concrete foundations is finished in the whole right-hand tunnel tube and 80% of the work ins finished in the left-hand tunnel tube; 8 of 14 blocks of the cut-and-cover part of the eastern portal and 6 blocks of the mined part of the right-hand tunnel tube. The reprofiling of the deformed primary lining, the installation of waterproofing and placement of the secondary lining reinforcement proceeds concurrently in a sufficient advance. Backfilling is planned for the spring of 2015, concurrently with the work on cable ducts, sewerage, the fire water main, walkways and the roadway. The completion deadline is currently planned for the autumn of 2015. During the construction, Subterra a. s. has used its yearslong experience with similar tunnels in the Czech Republic and other countries advanced in the field of tunnelling. When unexpected problems are encountered, the company provides the Engineer with welcomed proposals how the situation should be overcome and, at the same time, performs the work to full project owner’s satisfaction. Subterra a. s. is highly appreciated by the project owner for the completed work quality and new contracts are being offered to it in the region. Ing. JOSEF BAČA, [email protected], Ing. MIROSLAV RYPÁČEK, [email protected], Bc. TOMÁŠ NĚMEČEK, [email protected], Subterra a.s., Ing. OTA JANDEJSEK, [email protected] ARCADIS CZ a.s.

LITERATURA / REFERENCES

INSTITUT ZA PUTEVE. Stavební projekt tunelu BANCAREVO. Všeobecná dokumentace. Bělehrad. INSTITUT ZA PUTEVE. Stavební projekt tunelu BANCAREVO. Geologické podmínky. Bělehrad.

21

TUNEL BANCAREVO SRBSKO BANCAREVO TUNNEL SERBIA

Recommend Documents